丁二腈制備與提純工藝的研究.pdf

1、近年來，隨著鋰離子電池的發(fā)展，丁二腈作為一種重要的鋰離子電池有機(jī)電解液中的添加劑，因其具有防氣脹、改善電池高溫循環(huán)性能、提高電池電化學(xué)穩(wěn)定性窗口等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到國內(nèi)電解液生產(chǎn)商的重視。丁二腈的純度對于電解液的比容量和首次效率影響較大，當(dāng)丁二腈的純度達(dá)到99.95％以上時，電池的比容量和首次效率都較大。當(dāng)純度為99.95%以上的丁二腈添加量為3%時，復(fù)合正極材料的電性能較好。然而目前，丁二腈一般采用如下兩條路線合成，第一：把氰化鈉與1，2

2、-二氯乙烷混合反應(yīng)，除鹽得到丁二腈；第二：利用丙烯腈與氰化氫在堿性催化劑的催化作用下反應(yīng)生產(chǎn)丁二腈。由以上兩種工藝制得的丁二腈產(chǎn)品純度都在99.5%以下，并帶有顏色，無法滿足作為鋰離子電池電解液添加劑的要求。因此尋找一種合理有效的工藝路線來制取高純度的丁二腈產(chǎn)品迫在眉睫。本文以丙烯腈和氫氰酸為原料，研究了丙烯腈和氫氰酸在堿性催化劑催化作用下生產(chǎn)制備丁二腈的方法，并以反應(yīng)制備的粗品丁二腈為原料，探索了一條真空精餾分離提純粗品丁二腈生產(chǎn)高純

3、丁二腈的工藝路線，并利用Aspen Plus模擬軟件對整個工藝進(jìn)行模擬優(yōu)化為高純丁二腈的生產(chǎn)提供了一種新思路。
　　本文首先對丙烯腈與氰化氫在堿性催化劑的催化作用下制備丁二腈的反應(yīng)進(jìn)行了實驗研究。通過實驗找出了最佳的反應(yīng)條件：三乙胺與丙烯腈摩爾比為0.05:1時為最佳催化劑用量；最佳反應(yīng)溫度為30℃。在此反應(yīng)條件下丁二腈的產(chǎn)率維持在92%以上。在保證丁二腈不發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)的條件下（精餾最高溫度不超過180℃）設(shè)計了采用真空精餾的方法

4、提純粗品丁二腈的實驗，精餾過程控制塔頂真空度為0.5kpa（絕壓），回流比為1:1，塔釜溫度為160℃，塔頂冷凝水溫度維持在58℃，收集塔頂餾分得到純度99.998%的高純丁二腈產(chǎn)品，且塔釜丁二腈在持續(xù)精餾12小時的情況下性質(zhì)穩(wěn)定未發(fā)生聚合和分解反應(yīng)。
　　本文利用Aspen Plus軟件對丁二腈反應(yīng)過程中產(chǎn)生的重組分雜質(zhì)進(jìn)行了估算，根據(jù)物料體系特征選擇NRTL方程作為模擬計算的物性方法。利用Aspen Plus軟件的間歇精餾動態(tài)

5、模擬模塊對粗品丁二腈間歇精餾實驗進(jìn)行了模擬，并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合，從而進(jìn)一步說明模擬所選擇的物性方法和參數(shù)估算是合理可用的。在丙烯腈與氰化氫制備丁二腈的反應(yīng)實驗、粗品丁二腈真空精餾提純實驗以及間歇精餾模擬的基礎(chǔ)上對高純丁二腈的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了設(shè)計，并對整個工藝流程進(jìn)行了模擬與優(yōu)化，確定了最優(yōu)工藝流程和適宜的操作條件。經(jīng)過此工藝模擬后所得丁二腈產(chǎn)品純度超過99.998%，且高純丁二腈收率維持在98%